Nghiên cứu phương pháp dự báo ngẫu nhiên sụt giảm điện áp ngắn hạn (SAG) trong lưới điện phân phối áp dụng tính toán cho xuất tuyến lưới điện trung áp 22kv
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.82 MB, 84 trang )
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
PHẦN MỞ ĐẦU
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ SỤT ÁP NGẮN
HẠN 11
1.1.
Tổng quan về chất lƣợng điện năng .................................................................... 11
1.1.1. Sự cần thiết phải nghiên cứu chất lƣợng điện năng ............................................ 11
1.1.2. Phân loại chất lƣợng điện năng ........................................................................... 12
1.1.3. Những ảnh hƣởng của chất lƣợng điện năng ...................................................... 12
1.1.4. Các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng điện năng ........................................................ 13
1.1.5. Tiêu chuẩn tổn thất điện năng: ............................................................................ 13
1.2.
Ảnh hƣởng của sụt áp ngắn hạn và các biện pháp khắc phục............................. 14
1.2.1. Định nghĩa sụt áp ngắn hạn (SAG) ..................................................................... 14
1.2.2. Nguyên nhân gây ra SAG điện áp....................................................................... 15
1.2.3. Ảnh hƣởng của SAG điện áp .............................................................................. 16
1.2.4. Các tiêu chuẩn đánh giá sụt giảm điện áp ngắn hạn trong lƣới điện phân phối . 21
1.2.5. Các biện pháp khắc phục SAG điện áp ............................................................... 23
1.3.
Kết luận ............................................................................................................... 25
CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP DỰ BÁO NGẪU NHIÊN SỤT GIẢM ĐIỆN ÁP
NGẮN HẠN TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ........................................................ 26
2.1
Các phƣơng pháp nghiên cứu đánh giá sụt giảm điện áp trong lƣới điện phân
phối 26
2.2
Mô phỏng phân bố sự cố ..................................................................................... 27
2.3
Các bƣớc tính toán phƣơng pháp dự báo ngẫu nhiên sụt giảm điện áp ngắn hạn
trong lƣới điện phân phối ............................................................................................... 28
2.4
Kết luận ............................................................................................................... 31
1
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
CHƢƠNG 3: ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP DỰ BÁO NGẪU NHIÊN SỤT GIẢM
ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN TRÊN LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP LỘ 471 TRẠM BIẾN ÁP
110KV YÊN MỸ ........................................................................................................... 32
3.1
Mô phỏng lƣới điện lộ 471 trạm biến áp 110kV Yên Mỹ .................................. 32
3.2
Tính ngắn mạch, tổng hợp giá trị điện áp và tần suất SANH và các chỉ số
SARFIx của lộ đƣờng dây 471E28.6 ............................................................................. 46
3.3
Đánh giá SANH theo chỉ tiêu SARFIx ............................................................... 46
3.4
Đánh giá SANH cho cả hệ thống ........................................................................ 55
3.5
Đánh giá SANH theo chỉ số SARFIx_curve....................................................... 64
3.6
Kết luận ............................................................................................................... 81
CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ CÁC ĐỀ XUẤT ........................................................... 82
4.1
Kết luận ............................................................................................................... 82
4.2
Các đề xuất .......................................................................................................... 83
2
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những vấn đề đƣợc trình bày trong luận văn này là những
nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, có tham khảo một số tài liệu và bài báo của tác giả
trong và ngoài nƣớc đã đƣợc xuất bản. Các số liệu đƣa ra trong luận văn dựa trên kết
quả tính toán trung thực của tôi, không sao chép của ai hay số liệu đã đƣợc công bố.
Nếu sai với lời cam đoan trên, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Tác giả
Đoàn Hồng Quân
3
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
SAIDI
: Chỉ số về thời gian mất điện trung bình của lƣới điện phân phối
(System Average Interruption Duration Index - SAIDI).
SAIFI
: Chỉ số về số lần mất điện trung bình của lƣới điện phân phối
(System Average Interruption Frequency Index - SARFI).
MAIFI
: Chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình của lƣới điện phân phối
(Momentary Average Interruption Frequency Index - MAIFI).
THD
: Tổng độ biến dạng của sóng hài
IEC
: Hiệp hội kỹ thuật điện tử quốc tế
(International Electrotechnical Commission)
IEEE
: Viện kỹ thuật điện và điện tử
(Institute of Electrical and Electronic Engineer)
SAG
: Sụt áp ngắn hạn
CNTT
: Công nghệ thông tin
CBEMA
: Hiệp hội sản xuất và kinh doanh thiết bị máy tính
(Computer Bussiness Equipment Manufactures Asociations)
ITIC
: Ủy ban cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin
(Information Technology Infrastructure Committee)
SEMI
: Tổ chức quốc tế về vật liệu và thiết bị bán dẫn
(Semiconductor Equipment and Materials International Group)
MBA
: Máy biến áp
TBA
: Trạm biến áp
SANH
: Sụt áp ngắn hạn
SARFIx
: Chỉ số về tần suất biến thiên điện áp trung bình của hệ thống với
ngƣỡng điện áp x
(System Average RMS Frequency Index voltage).
4
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
SARFIx-curve : Chỉ số về tần suất biến thiên điện áp trung bình của hệ thống với
ngƣỡng điện áp x xét đến tác động của thiết bị bảo vệ
(System Average RMS Frequency Index voltage curve).
UPS
: Nguồn cung cấp không bị gián đoạn
(Uninterruptable Power Supply)
PSS/Adept
: Phần mềm tính toán và mô phỏng lƣới điện
( Power System Simulator/Advanced distribution engineering
productivity tool)
5
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Chiều dài đƣờng dây ....................................................................................... 32
Bảng 3.2 Bảng tổng hợp suất sự cố ................................................................................ 36
Bảng 3.3 Suất sự cố của từng loại ngắn mạch ............................................................... 36
Bảng 3.4 Phân bố suất sự cố tại các vị trí trạm biến áp ứng với từng loại ngắn mạch .. 37
Bảng 3.5 Phân bố suất sự cố tại các vị trí đƣờng dây ứng với từng loại ngắn mạch .... 39
Bảng 3.6 Giá trị điện áp pha tại các nút và trạm biến áp trong chế độ xác lập.............. 42
Bảng 3.7 Giá trị điện áp pha tại các nút và trạm biến áp khi ngắn 1 pha N(1) tại nút TBA
Sông Đà .......................................................................................................................... 46
Bảng 3.8 Tần suất sụt giảm điện áp pha nhỏ nhất tại các điểm nút khi ngắn mạch 1 pha
N(1) tại trạm biến áp Sông Đà ......................................................................................... 50
Bảng 3.9 Tổng hợp tần suất sụt giảm điện áp pha nhỏ nhất tại các điểm nút khi ngắn
mạch 1 pha N(1) tại trạm biến áp Sông Đà. .................................................................... 54
Bảng 3.10 Tổng hợp tần suất sụt giảm điện áp pha nhỏ nhất tại các điểm nút đối với
các loại ngắn mạch tại trạm biến áp Sông Đà ................................................................ 54
Bảng 3.11 Chỉ số SARFIx xét tại vị trí trạm Sông Đà ................................................... 55
Bảng 3.12 Tổng hợp tần suất sụt giảm điện áp pha nhỏ nhất của toàn bộ nút trên lƣới 56
Bảng 3.13 Chỉ tiêu SARFIx của cả hệ thống .................................................................. 61
Bảng 3.14 Tần suất sụt giảm điện áp không an toàn tại nút TBA Sông Đà khi xảy ra
ngắn mạch N(1) .............................................................................................................. 65
Bảng 3.15 Tần suất sụt giảm điện áp không an toàn tại nút TBA Sông Đà khi xảy ra
các loại ngắn mạch ......................................................................................................... 69
Bảng 3.16 Tần suất sụt giảm điện áp không an toàn toàn hệ thống SARFIcurve ............ 70
Bảng 3.17 Tần suất lũy tiến sụt giảm điện áp không an toàn toàn hệ thống SARFIx-curve
........................................................................................................................................ 75
6
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sụt áp xảy ra khi sự cố 1 pha [4]..................................................................... 14
Hình 1.2 SAG điện áp do khởi động các động cơ có công suất lớn .............................. 15
Hình 1.3 Chuẩn CBEMA [4] ......................................................................................... 17
Hình 1.4 Chuẩn ITIC[4] ................................................................................................. 17
Hình 1.5 Chuẩn SEMI[4] ............................................................................................... 18
Hình 1.6 Minh họa ảnh hƣởng sụt giảm điện áp trên các bộ biến tần ........................... 19
Hình 2.1Sơ đồ khối tính toán ......................................................................................... 30
Hình 3.1Mô phỏng lƣới điện nghiên cứu bằng PSS/ADEPT ........................................ 35
Hình 3.2 Tần suất sụt giảm điện áp trung bình tại trạm biến áp Sông Đà ..................... 62
Hình 3.3 Tần suất lũy tiến sụt giảm điện áp trung bình tại trạm biến áp Sông Đà ........ 62
Hình 3.4 Tần suất sụt giảm điện áp trung bình của hệ thống......................................... 63
Hình 3.5 Tần suất lũy tiến sụt giảm điện áp trung bình của hệ thống ........................... 63
Hình 3.6 Đặc tính của dây chảy cầu chì ......................................................................... 64
Hình 3.7 Tần suất sụt giảm điện áp trung bình SARFIx và SARFIx-curve ....................... 80
Hình 3.8 Tần suất lũy tiến sụt giảm điện áp SARFIx và SARFIx-curve ............................ 80
7
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Cùng với việc phát triển các đô thị lớn trên thế giới cũng nhƣ tại Việt Nam, hệ
thống cung cấp điện đô thị đã đƣợc xây dựng để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện trong
sinh hoạt, giao thông cũng nhƣ sản xuất công nghiệp của khu vực đô thị với qui mô
khá lớn nhƣng còn nhiều hạn chế nhƣ: tồn tại nhiều cấp điện áp, cấu trúc của hệ thống
điện không hợp lý, chất lƣợng điện năng không đảm bảo... để khắc phục hệ quả trên
đồng thời nâng cao chất lƣợng điện năng và chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống
cung cấp điện đô thị, đã có nhiều công trình nghiên cứu về phƣơng pháp xác định cấu
trúc tối ƣu của hệ thống cung cấp điện đô thị với chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật là hàm chi
phí tính toán hàng năm hay hàm chi phí vòng đời. Tuy nhiên, chỉ tiêu rất quan trọng có
ảnh hƣởng lớn đến kinh tế - kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện đô thị với nhiều phụ
tải quan trọng đòi hỏi chất lƣợng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện cao là ảnh
hƣởng của chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện và chất lƣợng điện năng thì chƣa đƣợc
nghiên cứu sâu.
Chất lƣợng điện năng trong hệ thống điện là một phạm trù rộng lớn. Có rất
nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng điện năng trong đó chất lƣợng điện áp là một
yếu tố rất quan trọng. Nếu điện áp đặt vào phụ tải không hoàn toàn đúng với điện áp
định mức của thiết bị thì khi đó thiết bị sẽ làm việc khác với thông số định mức. Dòng
điện có thể tăng lên, làm động cơ bị quá tải, công suất và động cơ mô men giảm,… ảnh
hƣởng đến chất lƣợng hoạt động của các thiết bị. Thậm chí một số thiết bị không thể
vận hành nếu điện áp quá thấp: các động cơ (quạt máy, máy bơm…). Một trong các
vấn đề về chất lƣợng điện áp đƣợc nghiên cứu xem xét, đánh giá đó là hiện tƣợng sụt
giảm điện áp ngắn hạn trong lƣới điện phân phối. Sự sụt giảm điện áp có thể gây nên
những thiệt hại lớn đến các dây chuyền sản xuất trong khu công nghiệp, các thiết bị
điện tử, các thiết bị bán dẫn làm cho sản xuất bị đình trệ, máy móc thiết bị hỏng hóc,
ảnh hƣởng đến nền kinh tế, xã hội.
8
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
Vì những lý do trên, việc nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá sụt giảm điện áp ngắn
hạn trong lƣới điện phân phối là rất quan trọng. Việc nghiên cứu, đánh giá sụt giảm
điện áp ngắn hạn sẽ đƣa ra đƣợc những biện pháp khắc phục, nâng cao độ tin cậy cung
cấp điện, làm giảm các thiết hại về kinh tế cho khách hàng sử dụng điện. Vì vậy, tác
giả đề xuất hƣớng nghiên cứu cho luận văn với tên đề tài: “Nghiên cứu phương pháp
dự báo ngẫu nhiên sụt giảm điện áp ngắn hạn (SAG) trong lưới điện phân phối. Áp
dụng tính toán cho xuất tuyến lưới điện trung áp 22kV”.
2. Mục đích nghiên cứu
Đánh giá các chỉ tiêu sụt giảm điện áp trên lƣới điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch
trên lƣới điện hoặc ngắn mạch tại trạm biến áp. Từ đó đƣa ra những nhận xét và các đề
xuất nhằm giảm hiện tƣợng sụt giảm điện áp ngắn hạn nâng cao độ tin cậy cung cấp
điện.
3. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn, tác giả chỉ tập trung nghiên cứu đánh
giá các chỉ tiêu sụt giảm điện áp trên lƣới điện phân phối 22kV lộ 471 trạm biến áp
110kV Yên Mỹ.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Trong luận văn trình bày phƣơng pháp dự báo ngẫu nhiên để đánh giá sụt giảm
điện áp ngắn hạn. Phƣơng pháp dự báo ngẫu nhiên dựa trên sự phân tích phân bố sự cố,
phƣơng pháp này có ƣu điểm là số liệu đầu vào ít và mô phỏng đƣợc tất cả các sự cố
ngắn mạch.
5. Nội dung của luận văn
Nội dung chính luận văn bao gồm 4 chƣơng với những nội dung cụ thể các
chƣơng nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan về chất lƣợng điện năng và sụt giảm điện áp ngắn hạn.
Chƣơng 2: Phƣơng pháp dự báo ngẫu nhiện sụt giảm điện áp ngắn hạn trong
lƣới điện phân phối.
9
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
Chƣơng 3: Áp dụng phƣơng pháp dự báo ngẫu nhiên sụt giảm điện áp ngắn hạn
trên lƣới điện trung áp lộ 471 trạm biến áp 110kV Yên Mỹ.
Chƣơng 4: Kết luận và các đề xuất
Việc đánh giá sụt giảm điện áp ngắn hạn dựa trên các chỉ tiêu SARFIx và
SARFIx-curve. Các chỉ tiêu này cho phép đánh giá biên độ của sụt giảm điện áp ngắn hạn
và thời gian tồn tại của sụt áp ngắn hạn.
Để hoàn thành luận văn này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô giáo
TS. Lê Thị Minh Châu cùng các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện – Viện Điện
– Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình trong suốt quá
trình làm luận văn.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện
thuận lợi và có những đóng góp quý báu giúp tác giả hoàn thành luận văn này.
Do thời gian có hạn, chắc chắn luận văn còn nhiều những thiết sót, hạn chế. Tác
giả mong nhận đƣợc sự góp ý của thầy cô, bạn bè để hƣớng nghiên cứu sau này tốt
hơn.
10
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ SỤT ÁP
NGẮN HẠN
1.1. Tổng quan về chất lƣợng điện năng
1.1.1. Sự cần thiết phải nghiên cứu chất lƣợng điện năng
Chất lƣợng điện năng trở thành một cụm từ đƣợc nhắc đến nhiều nhất trong
ngành công nghiệp điện kể từ sau năm 1980. Chất lƣợng điện năng là tập hợp các tiêu
chuẩn của điện năng và độ tin cậy cung cấp điện trong hệ thống điện. Có bốn lý do
chính để chất lƣợng điện năng ngày càng đƣợc quan tâm nhiều hơn:
- Thiết bị sử dụng điện năng hiện nay nhạy cảm với sự thay đổi của chất lƣợng
điện năng hơn so với trƣớc đây. Nhiều thiết bị điện có các thiết bị vi xử lý, thiết bị điện
tử quá nhạy cảm với các nhiễu loạn.
- Yêu cầu nâng cao hiệu suất của các thiết bị điện và quá trình trong hệ thống
điện đòi hỏi việc ứng dụng các kỹ thuật điều khiển nâng cao hiệu suất nhƣ các bộ điều
tốc độ, các bộ tụ có điều khiển nhằm mục đích giảm tổn thất… Điều này đƣa đến sự
gia tăng sóng hài và nhiễu loạn trong hệ thống điện.
- Sự quan tâm ngày càng lớn đến chất lƣợng điện năng của ngƣời sử dụng.
Ngƣời sử dụng ngày càng quan tâm hơn đến các thông tin của nhà cung cấp năng
lƣợng nhƣ sự gián đoạn, sag… đang là thách thức của nhà cung cấp nhằm cải thiện
chất lƣợng năng lƣợng phân phối.
- Nhiều thiết bị đang đƣợc nối với nhau trong một mạng. Sự hợp nhất này có
nghĩa rằng sự cố của bất kỳ phần tử nào đều có hậu quả rất nghiêm trọng.
Cố gắng cải thiện chất lƣợng điện năng, tăng cƣờng độ tin cậy cung cấp điện
đang đƣợc khuyến khích bởi điều này giúp khách hàng tiêu thụ điện năng giảm chi phí
sản xuất, giảm tỷ lệ sản phẩm không đạt chất lƣợng, đồng thời ngành điện giảm đƣợc
những khoản đầu tƣ lớn cho việc xây dựng trạm biến áp, đƣờng dây tải điện, nhà máy
phát điện.
Trong luận văn này, chất lƣợng điện năng sẽ đƣợc xem xét theo tiêu chí: “Bất
cứ một vấn đề về điện năng đƣợc biểu thị qua các sai lệch của điện áp, dòng điện, tần
11
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
số đều dẫn đến thiết bị sử dụng điện của khách hàng sẽ bị hỏng hóc hoặc hoạt động
không chính xác” [4].
1.1.2. Phân loại chất lƣợng điện năng
Chất lƣợng điện năng đƣợc phân loại thành bảy loại dựa vào hình sóng nhƣ
sau [9]:
1. Các hiện tƣợng quá độ (transients);
2. Biến thiên điện áp ngắn hạn (Short-duration variations);
3. Biến thiên điện áp kéo dài (Long- duration variations);
4. Mất cân bằng điện áp (Voltage unbalance);
5. Méo dạng sóng (Waveform Distortion);
6. Dao động điện áp (Voltage fluctuations);
7. Biến thiên tần số nguồn điện (Power frequency variation).
Biến thiên điện áp ngắn hạn trong lƣới điện đƣợc chia thành ba loại sau:
1. Mất điện ngắn hạn (interruption);
2. Sụt áp ngắn hạn (voltage sag (dip));
3. Quá áp ngắn hạn (voltage swell).
Trong luận văn sẽ đi nghiên cứu sâu về hiện tƣợng sụt giảm điện áp ngắn hạn
(voltage sag(dip)) trong lƣới điện phân phối, các chỉ tiêu đánh giá cũng nhƣ các giải
pháp khắc phục.
1.1.3. Những ảnh hƣởng của chất lƣợng điện năng
Khi chất lƣợng điện năng không đƣợc đảm bảo thì sẽ gây ra những ảnh
hƣởng khác nhau đến những khách hàng sử dụng điện khác nhau. Một số ảnh hƣởng
chính của chất lƣợng điện năng không đảm bảo [8]:
1. Cắt nhầm máy cắt và thiết bị bảo vệ theo dòng rò;
2. Làm tắt máy tính;
3. Gây hỏng máy tính và các thiết bị điện từ;
4. Mất dữ liệu;
5. Chập chờn, nhấp nháy hoặc mờ sáng;
12
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
6. Mất đồng bộ các thiết bị xử lý;
7. Gây ra sự cố cho các động cơ và các thiết bị quá trình;
8. Nhiễu âm các đƣờng dây thông tin;
9. Các rơ le và các công tắc tơ tác động nhầm;
10. Phát nóng máy biến áp và dây cáp.
1.1.4. Các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng điện năng
Các chỉ tiêu để đánh giá chất lƣợng điện năng là hiện tƣợng mất điện thông qua
các chỉ số về độ tin cậy của lƣới điện nhƣ SAIFI, SAIDI, MAIFI, CAIDI, CAIFI,
ASAI [5].
- Chỉ số về tần suất mất điện trung bình của lƣới điện phân phối (System
Average Interruption Frequency Index - SAIFI);
- Chỉ số về thời gian mất điện trung bình của lƣới điện phân phối (System
Average Interruption Duration Index - SAIDI);
- Chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình của lƣới điện phân phối
(Momentary Average Interruption Frequency Index - MAIFI).
- Chỉ số về tần suất mất điện trung bình của khách hàng (Customer Average
Interruption Frequency Index – CAIFI);
- Chỉ số về khoảng thời gian mất điện trung bình của khách hàng (Customer
Average Interruption Duration Index – CAIDI);
- Chỉ số về mức sẵn sàng hoạt động của hệ thống (Average ServiceAvailability
Index – ASAI).
1.1.5. Tiêu chuẩn tổn thất điện năng:
Tổn thất điện năng của lƣới điện phân phối bao gồm:
- Tổn thất điện năng kỹ thuật: là tổn thất điện năng gây ra do tổn thất công suất
kỹ thuật trên đƣờng dây và thiết bị điện trên lƣới điện phân phối.
- Tổn thất điện năng phi kỹ thuật: là tổn thất điện năng do trộm cắp điện, do sai
số của thiết bị đo đếm điện năng hoặc do lỗi quản lý hệ thống đo đếm điện năng.
13
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
1.2. Ảnh hƣởng của sụt áp ngắn hạn và các biện pháp khắc phục
1.2.1. Định nghĩa sụt áp ngắn hạn (SAG)
Ủy ban kỹ thuật quốc tế IEC sử dụng thuật ngữ “DIP” điện áp để gọi tên cho
hiện tƣợng này. Thuật ngữ “SAG” điện áp đƣợc sử dụng phổ biến ở Hoa Kỳ cho việc
mô tả hiện tƣợng trên. Trong bộ tiêu chuẩn chất lƣợng điện năng của IEEE 1159-1995,
SAG điện áp đƣợc định nghĩa nhƣ sau [9]:
Hiện tượng SAG điện áp là hiện tượng điện áp suy giảm xuống còn 0,1 đến 0,9
điện áp định mức ở tần số công nghiệp trong khoảng thời gian từ 0,5 chu kỳ đến 1 phút
kể từ khi điện áp bắt đầu suy giảm.
Từ định nghĩa SAG điện áp, ta nhận biết SAG thông qua giá trị của điện áp hiệu
dụng trong khoảng thời gian tồn tại SAG điện áp. Một SAG điện áp có độ lớn x% khi
giá trị điện áp hiệu dụng giảm còn x% giá trị điện áp định mức. Ví dụ: SAG có độ lớn
10% khi giá trị hiệu dụng giảm còn 10% giá trị định mức.
Hiện tƣợng sụt áp ngắn hạn trong lƣới điện khi xảy ra sự cố 1 pha đƣợc thể hiện
trên hình 1.1.
Hình 1.1 Sụt áp xảy ra khi sự cố 1 pha [4].
14
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
Hình 1.2 minh họa SAG điện áp xảy ra khi khởi động động cơ. SAG điện áp có
dạng hình tam giác do sau khi khởi động động cơ, dòng điện mở máy giảm dần về
dòng điện định mức và điện áp phục hồi dần đến điện áp định mức.
Hình 1.2 SAG điện áp do khởi động các động cơ có công suất lớn
Sụt áp ngắn hạn theo tiêu chuẩn IEEE-1159 chia ra thành 3 hiện tƣợng sụt giảm
điện áp nhƣ sau:
- Sụt giảm điện áp ngắn hạn tức thời diễn ra trong thời gian ngắn từ 0,5 đến 30
chu kỳ tứ 0,01 đến 0,6 giây. Nguyên nhân là do các sự cố hệ thống điện và các phụ tải
lớn hoạt động.
- Sụt giảm điện áp ngắn hạn thoáng qua diễn ra trong khoảng thời gian từ 0,6
giây đến 3 giây.
- Sụt giảm điện áp ngắn hạn tạm thời diễn ra trong khoảng thời gian từ 3 giây
đến 1 phút. Nguyên nhân là do các hoạt động của các công ty điện lực xử lý các sự cố
thoáng qua trong hệ thống điện.
1.2.2. Nguyên nhân gây ra SAG điện áp
Trong hệ thống điện SAG điện áp đƣợc hình thành do các nguyên nhân sau:
- Có sự cố (ngắn mạch, chạm đất,…) trong hệ thống điện.
15
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
- Trong quá trình khởi động động cơ có công suất lớn.
- Đóng điện không tải máy biến áp lực.
- Quá trình đƣa phụ tải có công suất lớn vào sử dụng.
- Dao động công suất (đặc biệt là công suất phản kháng) do các loại phụ
tải: máy hàn hồ quang, lò nấu thép…
1.2.3. Ảnh hƣởng của SAG điện áp
SAG điện áp xảy ra có thể gây ra hậu quả lớn ảnh hƣởng tới cả hai khía cạnh:
kinh tế và kỹ thuật trong phạm trù chất lƣợng điện năng. Dƣới đây ta xem xét các ảnh
hƣởng do nó gây ra trên các thiết bị, động cơ dùng điện để có cái nhìn tổng quan hơn
về tác hại của nó.
1.2.3.1 Các thiết bị CNTT & điều khiển:
Các thiết bị CNTT & điều khiển có đặc điểm đặc trƣng là sử dụng các bộ vi
mạch ứng dụng của vi xử lý cùng các thiết bị điện tử, điện tử công suất. Do vậy chúng
cực kỳ nhạy cảm đối với các nhiễu loạn mà ở đây ta chủ yếu xem xét là độ nhạy cảm
đối với điện áp.
Các thiết bị này có đặc điểm là nhạy cảm với hiện tƣợng sụt áp ngay cả khi đó
là sụt áp chậm, đƣợc thiết kế và chế tạo với khả năng chịu SAG theo các chuẩn.
Các chuẩn đƣợc đƣa ra để đánh giá có 2 loại: Chuẩn CBEMA (cũ) và hiện nay
là ITIC
16
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
Hình 1.3 Chuẩn CBEMA [4]
Hình 1.4 Chuẩn ITIC[4]
17
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
Đƣờng cong CBEMA dùng để đánh giá biến điện áp cho các thiết bị điện sử
dụng các linh kiện điện tử. Đƣờng cong CBEMA đƣợc phát triển bởi Hiệp hội sản xuất
và kinh doanh máy tính năm 1977.
Đƣờng cong ITIC thể hiện khả năng chịu đựng của máy tính nối với nguồn điện
120V xét riêng về biên độ và thời gian biến thiên điện áp. Đƣờng cong ITIC đƣợc Hiệp
hội công nghiệp công nghệ thông tin phát triển từ đƣờng cong CBEMA của Hiệp hội
sản xuất và kinh doanh máy tính.
Khi SAG điện áp xảy ra, các ảnh hƣởng chủ yếu gây ra là:
-Mất dữ liệu thông tin.
-Mất trao đổi thông tin từ các địa chỉ.
-Gây ra rối loạn quá trình điều khiển.
=> Ảnh hƣởng nghiêm trọng tới tính kinh tế cũng nhƣ kỹ thuật trong quá
trình sửa chữa, khắc phục và điều khiển thông tin.
1.2.3.2 Các thiết bị bán dẫn:
Cũng nhƣ các thiết bị CNTT & điều khiển, các thiết bị bán dẫn đƣợc chế tạo
theo chuẩn, chuẩn đƣợc sử dụng ở đây là chuẩn SEMI (hình 1.3)
Hình 1.5 Chuẩn SEMI[4]
18
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
Đƣờng cong SEMI đƣợc sử dụng để dự đoán các vấn đề biến thiên điện áp ngắn
hạn trong công nghiệp sản xuất các thiết bị bán dẫn. Đƣờng cong SEMI đƣợc xây dựng
bởi tập đoàn vật liệu và thiết bị bán dẫn quốc tế. Đƣờng cong SEMI đƣợc xây dựng do
các thiết bị không đáp ứng đƣợc tiêu chuẩn, yêu cầu của đƣờng cong CBEMA. Đƣờng
cong đƣợc xây dựng từ kết quả đo lƣờng trong vòng 30 năm tại các cơ sở sản xuất của
các thiết bị bán dẫn. Đƣờng cong SEMI yêu cầu biên độ điện áp trên 80% kể từ thời
điểm 1 giây trở lên. Đƣờng cong SEMI dựa trên số liệu về sử dụng năng lƣợng tối
thiểu trong các thiết bị dự trữ năng lƣợng để lựa chọn các thiết bị nhƣ rơle, các thiết bị
cung cấp điện.
1.2.3.3 Các bộ biến tần:
-Đặc điểm là chịu tác động mạnh của SAG điện áp, minh họa trên đồ thị hình
1.4:
Hình 1.6 Minh họa ảnh hưởng sụt giảm điện áp trên các bộ biến tần
-Với nguồn cấp cho bộ điều khiển: khi điện áp giảm thấp có thể bắt buộc cắt
bộ biến tần do có thể xảy ra hiện tƣợng mất điều khiển.
-Gây sai lệch thông số đƣợc điều khiển (tốc độ, mô men): gây hại tới các dây
chuyền cần độ chính xác điều khiển cao.
1.2.3.4 Các động cơ điện:
a. Động cơ không đồng bộ:
-Do có quán tính nên động cơ có thể chịu đựng mức độ SAG nhất định.
-SAG khoảng 30% có thể không gây ra ảnh hƣởng đáng kể.
19
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
-Khi động cơ khởi động lại có thể gây kéo dài SAG do dòng khởi động lớn,
có thể dẫn tới động cơ không khởi động đƣợc.
b. Động cơ đồng bộ:
-Đặc điểm là vận hành với vận tốc không đổi, thƣờng dùng ở lƣới trung áp.
-SAG điện áp xảy ra có thể gây:
+Quá tải, quá dòng.
+Mất đồng bộ.
-Có thể chịu đựng SAG tới mức 40%.
*Tóm lại phần này, có thể nói:
SAG điện áp xảy ra đối với các thiết bị & động cơ điện nói chung đều gây ra
những hậu quả ảnh hƣởng mạnh tới cả hai mặt kinh tế và kỹ thuật.
Đối với các động cơ điện nói chung, dù rằng khả năng chịu đựng SAG điện
áp của động cơ có thể lên đến 30->40% nhƣng cũng có thể dẫn đến hàng loạt các vấn
đề cho động cơ nhƣ:
- Dòng khởi động của động cơ có thể gấp 5-7 lần dòng làm việc lớn nhất, nếu
SAG điện áp xảy ra khi đầy tải thì sẽ dẫn đến SAG điện áp ở mức độ lớn hơn nhiều
trong thời điểm khởi động dẫn đến động cơ:
+ Đứng yên, không thể khởi động (do mô men điện từ không vƣợt quá mô
men tải) và làm cho động cơ quá nóng.
+ Tăng tốc độ chậm do vậy, dòng tải rất lớn (gây giảm áp trên các thiết bị
khác) sẽ tiếp tục tồn tại trong thời gian khởi động.
Ngoài ra SAG điện áp còn gây tổn thất công suất đáng kể nhất là cho các tải
làm việc liên tục. Với các phụ tải khác thì gây ra mất ổn định trong khi làm việc, làm
ảnh hƣởng xấu đến chất lƣợng điện năng. Với các thiết bị bảo vệ role: Rơle có thể bị
trở về: U giảm xuống dƣới 50% trong khoảng hơn 1 chu kỳ.
20
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
1.2.4. Các tiêu chuẩn đánh giá sụt giảm điện áp ngắn hạn trong lƣới điện phân
phối
a. Chỉ tiêu SARFI – Chỉ tiêu tần suất sụt giảm điện áp trung bình
Chỉ số SARFI biểu thị số lƣợng sự kiện (sụt áp, mất điện ngắn hạn,…) mà mỗi
khách hàng sử dụng điện gặp phải trong một đơn vị thời gian (thƣờng tính trong 1
năm) [6].
ns
SARFI
N
i 1
i
NT
Trong đó:
- ns: số lƣợng sự kiện
- Ni: số lƣợng khách hàng bị ảnh hƣởng trong sự kiện thứ i
- NT: số lƣợng khách hàng trong khu vực tính toán
Chỉ số SARFI có thể đƣợc tính toán cho từng nút hoặc cho cả hệ thống SARFI(j)
tính toán cho nút thứ (j) còn SARFI tính toán cho toàn hệ thống:
ns
SARFI
N .SARFI
i 1
i
( j)
NT
Trong đó:
- ns: số lƣợng nút trong hệ thống
- Nj: số lƣợng khách hàng đƣợc cấp điện từ nút j
- SARFI(j) : tính toán cho nút thứ (j)
- NT: số lƣợng khách hàng trong toàn hệ thống
b. Chỉ tiêu SARFIx
Chỉ tiêu SARFIx là chỉ tiêu dùng để tính tần suất trung bình của sụt giảm điện
áp ngắn hạn trong lƣới điện với giá trị ngƣỡng x (x=10%÷90% giá trị điện áp định
mức).
21
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
Chỉ tiêu SARFIx tính trong một khoảng thời gian cho biết số lƣợng sự kiện sụt
giảm điện áp ngắn hạn diễn ra trong khoảng thời gian nửa chu kỳ đến một phút khi
điện áp sụt giảm thấp hơn ngƣỡng điện áp x. Ví dụ SARFI50 ứng với trƣờng hợp điện
áp sụt giảm thấp hơn ngƣỡng 50% điện áp định mức. Chỉ tiêu này đƣợc tính nhƣ sau:
ns
SARFI x
N
i 1
i
NT
Trong đó:
- x: Giá trị điện áp ngƣỡng (x=10%÷90%).
- ns: số lƣợng sự kiện giảm điện áp trong một chu kỳ thời gian (thƣờng là
1 năm)
- i: sự kiện thứ i gây ra sụt giảm điện áp. Trong phạm vi luận văn đang
xét đến sụt giảm điện áp do sự cố ngắn mạch gây ra vì vậy i sẽ ứng với mỗi loại
ngắn mạch tại điểm sự cố.
- Ni: số lƣợng phụ tải chịu sụt giảm điện áp dƣới ngƣỡng điện áp x%
- NT: tổng số lƣợng phụ tải tại khu vực khảo sát.
c. Chỉ tiêu SARFIx-curve – Tần suất trung bình của sụt giảm điện áp trong
lƣới điện ứng với đặc trƣng x≤X làm cho phụ tải ngừng làm việc.
Chỉ tiêu SARFIx đƣợc sử dụng rộng rãi để dự báo sụt giảm điện áp trong lƣới
điện hiện nay. Tuy nhiên SARFIx chỉ xét đến biên độ sụt giảm điện áp. Để đánh giá
liệu sụt giảm điện áp có tác động đến sự làm việc của phụ tải cần xét đến đặc trƣng thời
gian tồn tại của sự cố sụt giảm điện áp. Muốn vậy có thể thay đổi chỉ tiêu SARFIx
thành SARFIcurve.
Chỉ tiêu SARFIcurve là chỉ tiêu tính tần suất trung bình của sụt giảm điện áp trong
lƣới điện ứng với đặc trƣng biên độ x làm cho phụ tải ngƣng làm việc. Chỉ tiêu
SARFIcurve đƣợc xác định nhƣ sau:
ns
SARFI x curve
22
N
i 1
NT
'
i
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
Trong đó:
- x: Giá trị điện áp ngƣỡng (x=10%÷90%).
- ns: số lƣợng sự kiện giảm điện áp trong một chu kỳ thời gian (thƣờng là
1 năm)
- i: sự kiện thứ i gây ra sụt giảm điện áp. Trong phạm vi luận văn đang
xét đến sụt giảm điện áp do sự cố ngắn mạch gây ra vì vậy i sẽ ứng với mỗi loại
ngắn mạch tại điểm sự cố.
- Ni’: số lƣợng phụ tải chịu sụt giảm điện áp trong miền nguy hiểm của
các đƣờng cong tiêu chuẩn SEMI, ITIC, CBEMA
- NT: tổng số lƣợng phụ tải tại khu vực khảo sát.
- curve: đƣờng cong chịu đựng điện áp.
d. Đƣờng cong SARFI
Chỉ số SARFIx đặc trƣng cho một ngƣỡng điện áp nhất định thì đƣờng cong
SARFI thể hiện đặc tính chịu điện áp của thiết bị, với mỗi lần sụt giảm điện áp thì cặp
thông số biên độ điện áp và thời gian tồn tại biến điện áp có nằm ngoài đƣờng cong
chịu đựng của thiết bị không. Nếu cặp thông số này nằm ngoài đƣờng cong chịu đựng
của thiết bị thì sụt giảm điện áp không đảm bảo chất lƣợng điện năng, nếu cặp thông số
này nằm trong đƣờng cong của thiết bị thì sụt giảm điện áp vẫn đảm bảo chất lƣợng
điện năng.
Dựa vào đƣờng cong chịu đựng của điện áp ngƣời ta xây dựng lên 3 đƣờng cong
là CBEMA, ITIC, SEMI.
1.2.5. Các biện pháp khắc phục SAG điện áp
Có nhiều biện pháp khác nhau làm giảm hiện tƣợng sụt giảm điện áp ngắn hạn
trên lƣới điện. Các biện pháp này có thể thực hiện tại khu vực phụ tải (khách hàng)
hoặc thực hiện tại khâu đấu nối điện: lƣới điện và phục tải, hoặc thực hiện tại lƣới điện
(nguồn cấp). Các giải pháp cụ thể làm giảm suất sự cố sụt giảm điện áp ngắn hạn nhƣ
sau;
23
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
a. Để giảm suất sự cố sụt giảm điện áp ngắn hạn trong lƣới điện ta cần tiến hành
các biện pháp sau:
- Tăng cƣờng cách điện;
- Phát quang hành lang tuyến;
- Tăng cƣờng hiệu quả chống sét;
- Tăng cƣờng công tác bảo dƣỡng.
b. Để giảm suất thời gian loại trừ sự cố:
- Dùng các bảo vệ cao cấp hơn;
- Dùng máy cắt nhanh;
- Sử dụng các bộ hạn chế dòng điện (Fault current limiter – FLC);
- Phát quang hành lang tuyến;
- Tăng cƣờng hiệu quả chống sét;
- Tăng cƣờng công tác bảo dƣỡng.
c. Thay đổi cấu hình kết lƣới:
- Đƣa nguồn cấp gần với phụ tải hơn;
- Tăng số trạm và thanh góp hạn chế số phụ tải bị ảnh hƣởng;
- Lắp đặt kháng làm giảm dòng ngắn mạch;
- Với các phụ tải quan trọng: tăng số nguồn cấp.
d. Tăng cƣờng khả năng chịu đựng của thiết bị.
e. Dùng các thiết bị ổn định điện áp.
Giải pháp này sử dụng các thiết bị điện tử công suất và thƣờng do khác hàng sử
dụng điện đầu tƣ. Có thể chia thành hai loại:
Loại 1. Có nguồn dự phòng riêng biệt
Giải pháp này thƣờng sử dụng cho các phụ tải quan trọng vì tốn kém trong khâu
đầu tƣ nhƣng giải pháp này có ƣu điểm lớn là có thể chống đƣợc mọi dạng sụt giảm
điện áp và mất điện tạm thời. Ví dụ: sử dụng UPS (Uninterruptible Power Supplier), bộ
động cơ máy phát điê-zen, bộ bù dọc điện áp chủ động (DVR-Dynamic Voltage
Restorer).
24
Luận văn Thạc Sĩ
HV: Đoàn Hồng Quân
Loại 2. Không có nguồn năng lƣợng dự phòng riêng biệt
Giải pháp này không loại bỏ hoàn toàn Sag điện áp mà chỉ bảo vệ chống đƣợc
sụt giảm điện áp tới khoảng 50%. Ví dụ sử dụng bộ chuyển đổi mạch điện tử tĩnh, thiết
bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor – SVC (Static VAR Compensator), thiết bị bù tĩnh
STATCOM (Static Synchronous Compensator)….
1.3. Kết luận
-Sụt giảm điện áp ngắn hạn (voltage sag) là một hiện tƣợng chất lƣợng điện
năng sinh ra do rất nhiều nguyên nhân khác nhau. Trong đó sự cố ngắn mạch là nguyên
nhân chính, chiếm khoảng 95%. SAG điện áp là một trong các chỉ tiêu đánh giá về chất
lƣợng điện năng, SAG điện áp xảy ra gây ra những ảnh hƣởng lớn đến phụ tải và các
thiết bị, động cơ điện; đặc biệt là các thiết bị điện tử, vi xử lý, máy tính computer….Có
thể gây ra ảnh hƣởng nặng nề cả về hai mặt: kinh tế cũng nhƣ kỹ thuật nói chung. Do
đó việc nghiên cứu đánh giá SAG điện áp là rất quan trọng. Một trong các phƣơng
pháp nghiên cứu đánh giá SAG điện áp phổ biến đó là phƣơng pháp dự báo ngẫu nhiên
và ta sẽ nghiên cứu trong chƣơng tiếp theo.
25
